Le biomimétisme et le sport sont coéquipiers dans la course à l’innovation ! Chaque année, la science permet au sport de repousser les standards de la performance, à la fois humainement et technologiquement. À la mer ou à la montagne, sur la route ou dans les airs : la nature entraîne le sport à innover ! Le terme biomimétisme est composé de bios, « vie » et de mimèsis, « imiter » et signifie « imiter le vivant ». D’après la définition de l’ADEME, la démarche consiste à « aller chercher son inspiration, pour une innovation durable, dans la nature, où l’on trouve des stratégies à la fois performantes, efficientes et résilientes pour synthétiser et dégrader des matériaux, se fixer ou se déplacer, stocker ou distribuer l’énergie, traiter l’information, organiser les réseaux et les échanges, et bien d’autres choses encore. Le biomimétisme intègre les propriétés essentielles du vivant à des procédés qui ont pour but le développement durable.
C’est l’universitaire américain Otto Schmitt qui a développé le concept de biomimétisme et l’a nommé ainsi. Le biomimétisme repose sur l’inspiration de tous les organismes vivants, qu’il s’agisse de la faune ou de la flore, de leur fonctionnement externe à leurs propriétés physiques. De son côté, le biomorphisme consiste à reprendre l’aspect physique et esthétique de la nature et de l’appliquer dans l’art. Aujourd’hui pourtant, elle a retrouvé les faveurs des laboratoires et des entrepreneurs. Grâce aux progrès de la microscopie, de la puissance de calcul, de la modélisation et de la simulation informatiques, il est désormais possible d’étudier les nanostructures, d’analyser la composition chimique des matériaux naturels et d’en créer des versions synthétiques.
La natation : le laboratoire aquatique de la bio-inspiration
Pour aller plus fort, plus vite, plus haut, le sport court au rythme de la technologie. Soucieux de gagner des dixièmes de seconde, les nageurs enfilent désormais des combinaisons qui améliorent leur pénétration dans l’eau. Pris dans cette course contre le temps, les équipementiers aiguillonnent leurs équipes de recherche et développement pour mettre au point cette seconde peau révolutionnaire. Les résultats sont probants, les records tombent. Les différentes études réalisées avec des nageurs de haut niveau montrent une amélioration des performances de 3 %.
Les poissons, tout comme les avions, se déplacent dans un fluide (eau ou air). Les mêmes lois physiques s’appliquent aux deux. Pour avancer, ils ont besoin d’une poussée (force orientée vers l’avant) qui doit être supérieure ou égale à la traînée (force dirigée vers l’arrière s’opposant au déplacement). La poussée est générée par les moteurs d’un avion ou par le corps ou les nageoires chez les poissons. Les requins ont inspiré de nombreux ingénieurs par leur apparente facilité à nager. Cette caractéristique serait due à la forme de leur corps et à la présence de denticules sur leur peau. Il s’agit d’écailles dont la structure particulière favoriserait l’écoulement laminaire de l’eau le long du corps, diminuant ainsi la traînée.
Le fastskin, une combinaison de natation inspirée du vivant, fut une véritable révolution pour les nageurs. Apparue pour la première fois aux Jeux Olympiques de Sydney en 2000, elle équipa durant cette compétition 83 % des médaillés. La peau du requin est composée de milliers de minuscules écailles appelées aussi denticules cutanés (0.06mm). En effet, l’eau glissant aux creux des rainures engendre des minuscules tourbillons permettant le maintien de l’eau près du corps du requin et un écoulement laminaire, réduisant ainsi la traînée, qui est la somme des forces exercées sur le corps s’opposant à son déplacement dans le fluide. De plus, les denticules sont naturellement recourbées vers l’arrière du corps du requin ce qui est favorable au déplacement hydrodynamique dans l’eau.
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Cependant, la question de l’efficacité réelle de ces structures synthétiques a été posée. George Lauder et Johannes Oeffner, de l’université d’Harvard, ont voulu faire le point sur ces questions. Un article paru dans le Journal of Experimental Biology démontre que les écailles de requins améliorent la locomotion aquatique uniquement lorsqu’elles sont sur une surface souple. Elles sont même capables de produire une poussée ! En revanche, les combinaisons imitant la peau des squales ne procurent aucun avantage hydrodynamique aux sportifs. Les denticules des requins ont besoin de souplesse. Selon les chercheurs, le rôle des denticules a toujours été étudié à partir de structures rigides reproduisant la peau des squales. Les denticules, ces écailles denticulées, s’observent sur le corps du requin marteau tiburo (Sphyrna tiburo). Elles sont composées de trois crêtes et de trois pointes dirigées vers l’arrière de l’animal. Chacune de ces écailles peut produire une poussée orientée vers l’avant.
Vers de nouveaux horizons : la combinaison Powerskin Storm
La nouvelle combinaison Powerskin Storm arena va déferler sur le marché de la natation en eau libre grâce à son design avant-gardiste qui délivre une flottabilité, une souplesse et un confort exceptionnel au nageur qui se sent alors totalement libre et en harmonie avec l’eau. Avec son néoprène Yamamoto, haut de gamme et très élastique, appliqué en différentes épaisseurs selon les zones du corps et en fonction des besoins, l’athlète peut se concentrer sans distraction sur une seule chose : sa nage… telle une créature de l’océan. Résultat de recherches scientifiques approfondies et du savoir-faire interne développé depuis plus de 50 ans sur l’analyse de l’hydrodynamisme, la combinaison hi-tech Powerskin Storm a été développée en étroite collaboration avec les meilleurs nageurs d’eau libre internationaux.
La combinaison Powerskin Storm est une évolution de la combinaison Carbon arena qui est la combinaison la plus récompensée des compétitions en eau libre ces dernières années. Elle est entièrement fabriquée avec un revêtement néoprène Yamamoto, super doux, ultra élastique. Elle est enduite de Nano SCS et intègre la technologie exclusive de fibre de carbone d’arena. Le néoprène traditionnel à base de pétrole est remplacé ici par le néoprène Yamamoto qui est fabriqué à partir de calcaire pour créer une matière durable, légère, écologique et très performante. La combinaison Powerskin Storm est entièrement fabriquée à partir de ce néoprène, qui possède une teneur en azote à cellules fermées de plus de 92%, ce qui se traduit par une augmentation de 30% des bulles d’air dans le caoutchouc par rapport aux autres marques.
Cela permet d’obtenir une meilleure flottabilité : 23% de plus que les autres matières concurrentes. Il a également un taux d’absorption d’eau très faible, ce qui signifie que son poids reste presque identique dans des conditions humides et sèches et fournit plus de chaleur et de flexibilité que les combinaisons plus épaisses, sans poids additionnel.
Sports de glisse et biomimétisme : l’innovation par la nature
Pour beaucoup, la pratique du sport repose sur un échange avec la nature : les sports de glisse, qui utilisent l’environnement comme support, en sont le parfait exemple ! Qu’il s’agisse de l’eau, des airs ou de la neige, l’homme a appris à dompter les éléments au fil des siècles en affûtant son matériel et ses interactions avec l’extérieur. Une autre combinaison aquatique bio-inspirée, pour les surfeurs cette-fois-ci, a été développée par une équipe de chercheurs du MIT et de l’Ecole Polytechnique. Les chercheurs se sont intéressés à la fourrure de petits rongeurs, comme les loutres, qui ont la capacité de maintenir leur peau sèche et chaude malgré leurs bains fréquents. L’étude de ce phénomène leur a permis de prototyper un matériau conjuguant légèreté et propriétés thermiques ultra-performantes ! C’est à la fois la disposition et la densité du pelage de ces animaux qui est innovante : elle leur permet de séquestrer, contre leur peau, des microbulles d’air jouant le rôle d’isolant pendant leurs bains.
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Outre les pratiques aquatiques, le sport aérien peut bénéficier de solutions biomimétiques pour améliorer les performances de glisse des amateurs. En effet, pour permettre aux animaux volants de tutoyer les cieux, des multitudes de solutions biologiques ont été affinées par des milliards d’années d’évolution. En la matière, les libellules se présentent comme de parfaits modèles. Pour rendre réalisable cette conduite en mode “sport”, les ailes des libellules sont parcourues d’un réseau de veines rigides permettant des déformations dans des directions privilégiées. En répliquant cette structure sophistiquée sur des voiles artificielles, des chercheurs de l’université de Kiel en Allemagne ont montré que la résistance à la charge et la durabilité des voiles pouvaient être grandement optimisées.
Sport de montagne et protection : quand le vivant sécurise l’effort
La montagne est le terrain de jeu favori de ceux qui souhaitent conjuguer sport et nature. Le ski, dont les équipements actuels ressemblent très peu à ceux utilisés au début du siècle dernier, est un exemple parlant de ce que la technologie peut apporter au sport. En 2016, une équipe de chercheurs de l’EPFL a développé, en partenariat avec le fabricant Stöckli, des skis biomimétiques au comportement mécanique optimal. Pour ce faire, les carapaces des tortues ont été prises pour modèle : celles-ci sont constituées d’un assemblage précis de pièces rigides maintenues dans une matrice souple, permettant de conjuguer flexibilité pour leur respiration, et solidité pour résister aux chocs extérieurs.
Parmi les activités pratiquées en altitude, le trail est également un sport pour lequel le biomimétisme a offert des solutions ayant fait l’unanimité. Par exemple, les chèvres de montagnes disposent de sabots à la structure particulière qui leur permettent d’évoluer aisément dans leur environnement malgré les pentes escarpées qu’elles affrontent pour se nourrir. Les bords des sabots ont une dureté renforcée qui leur permet d’accrocher aux prises qui dépassent du sol. Tandis que la surface plantaire, au centre, conjugue rugosité pour maximiser l’adhérence, et compressibilité pour épouser les irrégularités de surface et jouer un rôle de ventouse. L’étude de ces caractéristiques a permis à Nike de développer la technologie Goat-Tech au début des années 2000.
La protection est un élément essentiel à la pratique du sport. Pour encaisser les coups sans défaillir, le vivant a affiné de nombreuses techniques qui pourraient servir à assurer une meilleure sécurité aux sportifs. Pour concevoir des casques plus sûrs, la start-up Hedgemon dans l’Ohio s’est intéressée à des animaux qui sont connus pour leur posture défensive : les hérissons. Ces fameux piquants disposent d’une structure creuse, enrichie de stries dans la longueur. Cela joue le rôle de renforts et permet de conjuguer légèreté et résistance. Lors d’une chute, les piquants encaissent une partie de l’énergie en se déformant et répartissent le reste sur la couche de muscle sous-cutané des hérissons.
Pour répondre à la problématique de l’absorption des chocs dans le sport, une autre source biologique d’inspiration potentielle est le pamplemousse. Son mésocarpe, à l’interface entre ses quartiers tendres et sa peau rigide, est constitué de pores dont la densité augmente progressivement, du centre vers l’extérieur. Cette structure assure une continuité dans les propriétés structurelles des tissus, les prévenant d’exploser à l’atterrissage ! De nombreuses équipes travaillent au développement de matériaux absorbants s’inspirant du pamplemousse, comme le laboratoire PROSE de l’université A&M du Texas.
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Infrastructures sportives : l’architecture au service de la performance
Il est également possible de trouver une trace de l’approche bio-inspirée dans la construction des terrains de sport. Le parc olympique de Munich, monument du sport construit à l’occasion des Jeux d’été de 1972, en est un parfait exemple. Une toiture composée d’un assemblage de câbles en acier, et supportant des plaques en plexiglas, y recouvre de nombreux bâtiments. La structure formée par les câbles s’inspire de celle des toiles d’araignées, optimisées par des millions d’années d’évolution pour pouvoir s’étendre sur de grandes surfaces sans être fragilisées par leur environnement ou leur propre poids.
Un exemple plus récent d’ouvrage pour le sport ayant bénéficié de l’approche bio-inspirée est le Qi Zhong Stadium de Shanghai, qui accueille chaque année le Masters 1000 de Shanghai. Pour la conception du toit de cette enceinte, l’architecte Mitsuru Senda, a pris exemple sur la forme du magnolia, fleur symbole de la ville, ainsi que sur sa photonastie, c’est-à-dire sur sa manière de réaliser des mouvements avec ses feuilles pour coordonner l’intensité de la lumière extérieure avec ses besoins. Cela a permis à l’architecte de réaliser un toit formé de 8 pétales, capable de s’ouvrir en 8 minutes pour laisser entrer la lumière lors des jours de beau temps.